JP5834200B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、接合型電界効果トランジスタを有する半導体装置及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device having a junction field effect transistor and a manufacturing method thereof.
接合型電界効果トランジスタ(Junction Filed Effect Transistor:以下、JFETと記載する)は、良好なノイズ特性を持つデバイスであり、低ノイズ回路を構成する際に多用されている。 Junction filed effect transistors (hereinafter referred to as JFETs) are devices having good noise characteristics, and are often used in the construction of low noise circuits.
このJFETを安定動作させるためには、ピンチオフ電圧のばらつきを抑えることが重要であり、その実現のために、これまでに様々な提案がなされている。例えば特許文献1には、チャンネル領域の上下に高濃度のゲート領域を設ける構成が開示されている。 In order to stably operate the JFET, it is important to suppress variations in the pinch-off voltage, and various proposals have been made so far for the realization thereof. For example, Patent Document 1 discloses a configuration in which high-concentration gate regions are provided above and below a channel region.
図18は、特許文献1に開示されている従来の半導体装置の断面図である。図18に示すように、P型の半導体基板1上にN型の埋め込み層2を介してエピタキシャル層3が形成されている。また、半導体基板1上には、埋め込み層2及びエピタキシャル層3を取り囲むように絶縁領域4が形成されていると共に、エピタキシャル層3の表面上には絶縁膜6が形成されている。エピタキシャル層3内には、P型のチャンネル領域8が埋め込まれていると共に、P型のチャンネル領域8を上下から挟むようにN型の上層ゲート領域9及び下層ゲート領域9aが形成されている。
FIG. 18 is a cross-sectional view of a conventional semiconductor device disclosed in Patent Document 1. In FIG. As shown in FIG. 18, an
図18に示す構成により、空乏層の広がりを制御できるので、低チャンネル抵抗で低ピンチオフ電圧のJFETを実現することができる。 With the configuration shown in FIG. 18, since the spread of the depletion layer can be controlled, a JFET having a low channel resistance and a low pinch-off voltage can be realized.
しかしながら、前述の従来の半導体装置においては、電源電圧の低電圧化に伴って、高精度のピンチオフ電圧制御が困難になるという問題がある。 However, the above-described conventional semiconductor device has a problem that it is difficult to control the pinch-off voltage with high accuracy as the power supply voltage is lowered.
前記に鑑み、本発明は、低電源電圧においても高精度のピンチオフ電圧制御を可能とするJFETを実現することを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to realize a JFET that enables highly accurate pinch-off voltage control even at a low power supply voltage.
前記の目的を達成するために、本願発明者らが、前述の従来の半導体装置において、電源電圧の低電圧化に伴って、高精度のピンチオフ電圧制御が困難になる原因を調べたところ、以下のような知見を得た。 In order to achieve the above object, the inventors of the present invention investigated the cause of the difficulty in controlling the pinch-off voltage with high accuracy as the power supply voltage is lowered in the above-described conventional semiconductor device. The following knowledge was obtained.
特許文献1に開示された従来の半導体装置においては、チャンネル領域の上下に2つのゲート領域を形成していると共に、当該2つのゲート領域によってチャンネル領域の側面も覆われている。このため、チャンネル領域の幅やチャンネル領域側部の不純物濃度分布は、チャンネル領域及び2つのゲート領域のそれぞれを形成するための3重のイオン注入における変動(ばらつき)の影響を受けてしまう。また、特許文献1に開示された従来の半導体装置においては、チャンネル領域を形成するために、チャンネル領域側面近傍のゲート領域の不純物濃度をチャンネル領域の不純物濃度よりも低くする必要があるので、水平方向の空乏層の広がりを制御することが困難になってしまう。 In the conventional semiconductor device disclosed in Patent Document 1, two gate regions are formed above and below the channel region, and the side surfaces of the channel region are also covered by the two gate regions. Therefore, the width of the channel region and the impurity concentration distribution on the side of the channel region are affected by fluctuations (variations) in triple ion implantation for forming the channel region and the two gate regions, respectively. In the conventional semiconductor device disclosed in Patent Document 1, in order to form the channel region, it is necessary to make the impurity concentration of the gate region near the side surface of the channel region lower than the impurity concentration of the channel region. It becomes difficult to control the spread of the depletion layer in the direction.
以上に述べたような原因によって、特許文献1に開示された従来の半導体装置においては、電源電圧の低電圧化に伴って、高精度のピンチオフ電圧制御が困難になってしまう。 For the reasons described above, in the conventional semiconductor device disclosed in Patent Document 1, it is difficult to control pinch-off voltage with high accuracy as the power supply voltage is lowered.
本発明は、以上の知見に基づきなされたものであって、本発明に係る第1の半導体装置は、半導体基板の表面部に設けられた第1導電型のチャンネル領域と、前記半導体基板における前記チャンネル領域の下側に設けられた第2導電型の第1半導体領域と、前記チャンネル領域の表面部に設けられた第2導電型のゲート領域と、前記チャンネル領域の表面部における前記ゲート領域のチャンネル長方向の両側に設けられた第1導電型のソース/ドレイン領域とを備え、前記半導体基板における前記チャンネル領域のチャンネル幅方向の両側に、前記第1半導体領域よりも高い不純物濃度を有する第2導電型の第2半導体領域がさらに設けられている。 The present invention has been made on the basis of the above knowledge, and a first semiconductor device according to the present invention includes a channel region of a first conductivity type provided on a surface portion of a semiconductor substrate, and the above-described semiconductor substrate. A second conductivity type first semiconductor region provided below the channel region; a second conductivity type gate region provided on a surface portion of the channel region; and the gate region on the surface portion of the channel region. First conductivity type source / drain regions provided on both sides in the channel length direction, and having a higher impurity concentration on both sides in the channel width direction of the channel region in the semiconductor substrate than in the first semiconductor region. A second conductivity type second semiconductor region is further provided.
本発明に係る第1の半導体装置によると、第1導電型のチャンネル領域の下側に設けられた第2導電型の第1半導体領域よりも高い不純物濃度を有する第2導電型の第2半導体領域を、チャンネル領域のチャンネル幅方向の両側に別途設けている。すなわち、チャンネル領域の両側面は、高い不純物濃度を有する反対導電型の第2半導体領域によって区切られている。このため、チャンネル領域の幅やチャンネル領域側部の不純物濃度分布が、チャンネル領域を上下から挟む第1半導体領域及びゲート領域を形成するためのイオン注入における変動(ばらつき)の影響を受ける事態を回避することができる。また、チャンネル領域下の第1半導体領域の不純物濃度を低く設定することができるため、チャンネル領域自体の不純物濃度を高くする必要がない。その結果、チャンネル領域側面近傍の第2半導体領域の不純物濃度の低下を防止できるので、水平方向の空乏層の広がりを高精度で制御することが可能となる。 According to the first semiconductor device of the present invention, the second conductivity type second semiconductor having a higher impurity concentration than the second conductivity type first semiconductor region provided below the first conductivity type channel region. Regions are separately provided on both sides of the channel region in the channel width direction. That is, both side surfaces of the channel region are delimited by the second semiconductor region of the opposite conductivity type having a high impurity concentration. For this reason, the situation where the width of the channel region and the impurity concentration distribution on the side of the channel region are affected by fluctuation (variation) in ion implantation for forming the first semiconductor region and the gate region sandwiching the channel region from above and below is avoided. can do. In addition, since the impurity concentration of the first semiconductor region under the channel region can be set low, it is not necessary to increase the impurity concentration of the channel region itself. As a result, it is possible to prevent a decrease in the impurity concentration of the second semiconductor region near the side surface of the channel region, so that the spread of the depletion layer in the horizontal direction can be controlled with high accuracy.
従って、低電源電圧においてもチャンネル領域内において空乏層が上下左右から確実に広がるので、高精度のピンチオフ電圧制御を可能とするJFETを実現することができる。また、チャンネル領域自体の不純物濃度を低く設定することができるため、低いゲート電圧でチャンネル領域を空乏化することができるので、ピンチオフ電圧を小さくすることができる。 Accordingly, since the depletion layer surely spreads from the top, bottom, left, and right in the channel region even at a low power supply voltage, a JFET that enables highly accurate pinch-off voltage control can be realized. In addition, since the impurity concentration of the channel region itself can be set low, the channel region can be depleted with a low gate voltage, so that the pinch-off voltage can be reduced.
本発明に係る第1の半導体装置において、前記第2半導体領域が前記チャンネル領域よりも深く形成されていると、前述の効果を確実に得ることができる。この場合、前記第2半導体領域が前記第1半導体領域よりも浅く形成されていると、JFETの耐圧を向上させることができる。 In the first semiconductor device according to the present invention, when the second semiconductor region is formed deeper than the channel region, the above-described effects can be reliably obtained. In this case, if the second semiconductor region is formed shallower than the first semiconductor region, the breakdown voltage of the JFET can be improved.
本発明に係る第1の半導体装置において、前記ゲート領域と前記ソース/ドレイン領域とは離間していてもよい。このようにすると、ゲート領域とソース/ドレイン領域との離間距離を適切に設定することにより、オン抵抗の増大を抑制しつつ耐圧を向上させることができる。この場合、ゲート領域とソース/ドレイン領域との間にチャンネル領域の一部が介在していてもよい。 In the first semiconductor device according to the present invention, the gate region and the source / drain region may be separated from each other. In this case, by appropriately setting the separation distance between the gate region and the source / drain region, the breakdown voltage can be improved while suppressing an increase in on-resistance. In this case, a part of the channel region may be interposed between the gate region and the source / drain region.
本発明に係る第1の半導体装置において、前記第2半導体領域と前記ソース/ドレイン領域とが離間していると、JFETの耐圧を向上させることができる。 In the first semiconductor device according to the present invention, when the second semiconductor region and the source / drain region are separated from each other, the breakdown voltage of the JFET can be improved.
本発明に係る第1の半導体装置において、前記ゲート領域の前記チャンネル幅方向の寸法と比べて、前記ソース/ドレイン領域の前記チャンネル幅方向の寸法が大きいと、JFETの耐圧を向上させることができる。 In the first semiconductor device according to the present invention, if the dimension of the source / drain region in the channel width direction is larger than the dimension of the gate region in the channel width direction, the breakdown voltage of the JFET can be improved. .
本発明に係る第1の半導体装置において、前記第1半導体領域の不純物濃度と比べて、前記ゲート領域の不純物濃度が高くてもよい。この場合、前記ゲート領域の不純物濃度のピーク値と、前記第2半導体領域の不純物濃度のピーク値とが実質的に同じであると、空乏層の広がりを確実に制御することができる。 In the first semiconductor device according to the present invention, the impurity concentration of the gate region may be higher than the impurity concentration of the first semiconductor region. In this case, when the peak value of the impurity concentration of the gate region and the peak value of the impurity concentration of the second semiconductor region are substantially the same, the spread of the depletion layer can be reliably controlled.
本発明に係る第1の半導体装置において、前記半導体基板上に設けられたバイポーラトランジスタをさらに備えていてもよい。この場合、前記チャンネル領域と、前記バイポーラトランジスタのベース領域とを同一工程で形成すると、工程の増加無く、本発明のJFETとバイポーラトランジスタとが設けられた半導体装置を得ることができる。また、前記第2半導体領域と、前記バイポーラトランジスタのコレクタ領域とを同一工程で形成すると、工程の増加無く、本発明のJFETとバイポーラトランジスタとが設けられた半導体装置を得ることができる。また、前記ゲート領域と、前記バイポーラトランジスタのエミッタ領域とを同一工程で形成すると、工程の増加無く、本発明のJFETとバイポーラトランジスタとが設けられた半導体装置を得ることができる。また、前記ソース/ドレイン領域と、前記バイポーラトランジスタのベースコンタクト領域とを同一工程で形成すると、工程の増加無く、本発明のJFETとバイポーラトランジスタとが設けられた半導体装置を得ることができる。 The first semiconductor device according to the present invention may further include a bipolar transistor provided on the semiconductor substrate. In this case, if the channel region and the base region of the bipolar transistor are formed in the same process, a semiconductor device provided with the JFET and the bipolar transistor of the present invention can be obtained without increasing the number of processes. Further, when the second semiconductor region and the collector region of the bipolar transistor are formed in the same process, a semiconductor device provided with the JFET and the bipolar transistor of the present invention can be obtained without increasing the number of processes. Further, when the gate region and the emitter region of the bipolar transistor are formed in the same process, a semiconductor device provided with the JFET and the bipolar transistor of the present invention can be obtained without increasing the number of processes. If the source / drain region and the base contact region of the bipolar transistor are formed in the same process, a semiconductor device provided with the JFET and the bipolar transistor of the present invention can be obtained without increasing the number of processes.
また、本発明に係る第2の半導体装置は、半導体基板の表面部に設けられた第1導電型のチャンネル領域と、前記チャンネル領域の表面部に設けられた第2導電型のゲート領域と、前記チャンネル領域の表面部における前記ゲート領域のチャンネル長方向の両側に設けられた第1導電型のソース/ドレイン領域とを備え、前記半導体基板における前記チャンネル領域のチャンネル幅方向の両側に、前記チャンネル領域よりも高い不純物濃度を有する第2導電型の半導体領域が設けられていると共に、前記半導体基板における前記チャンネル領域の下側に、前記チャンネル領域よりも高い不純物濃度を有する第2導電型の埋め込み領域が設けられている。 A second semiconductor device according to the present invention includes a first conductivity type channel region provided on a surface portion of a semiconductor substrate, a second conductivity type gate region provided on the surface portion of the channel region, A source / drain region of a first conductivity type provided on both sides in the channel length direction of the gate region in the surface portion of the channel region, and the channel on both sides in the channel width direction of the channel region in the semiconductor substrate. A second conductivity type semiconductor region having an impurity concentration higher than that of the region is provided, and a second conductivity type buried region having an impurity concentration higher than that of the channel region is provided below the channel region in the semiconductor substrate. An area is provided.
本発明に係る第2の半導体装置によると、第1導電型のチャンネル領域よりも高い不純物濃度を有する第2導電型の半導体領域を、チャンネル領域のチャンネル幅方向の両側に別途設けていると共に、第1導電型のチャンネル領域よりも高い不純物濃度を有する第2導電型の埋め込み領域を、チャンネル領域の下側に別途設けている。すなわち、チャンネル領域の上面は、高い不純物濃度を有する反対導電型のゲート領域によって区切られ、また、チャンネル領域の両側面は、高い不純物濃度を有する反対導電型の半導体領域によって区切られ、さらに、チャンネル領域の底面は、高い不純物濃度を有する反対導電型の埋め込み領域によって区切られている。このため、チャンネル領域の幅やチャンネル領域側部の不純物濃度分布が、チャンネル領域を上下から挟む埋め込み領域及びゲート領域を形成するためのイオン注入における変動(ばらつき)の影響を受ける事態を回避することができる。また、チャンネル領域の上下左右を、チャンネル領域よりも不純物濃度の高い反対導電型の領域によって囲むことができるため、低電源電圧においてもチャンネル領域の上下左右から空乏層が確実に広がる構造となるので、高精度のピンチオフ電圧制御が可能となる。さらに、チャンネル領域の上下左右を不純物濃度の高い反対導電型の領域によって囲むことにより、低いゲート電圧でチャンネル領域を空乏化することができるので、ピンチオフ電圧を小さくすることができる。 According to the second semiconductor device of the present invention, the second conductivity type semiconductor region having an impurity concentration higher than that of the first conductivity type channel region is separately provided on both sides of the channel region in the channel width direction. A second conductivity type buried region having an impurity concentration higher than that of the first conductivity type channel region is separately provided below the channel region. That is, the upper surface of the channel region is delimited by an opposite conductivity type gate region having a high impurity concentration, and both side surfaces of the channel region are delimited by an opposite conductivity type semiconductor region having a high impurity concentration. The bottom surface of the region is delimited by a buried region of opposite conductivity type having a high impurity concentration. Therefore, it is possible to avoid a situation in which the width of the channel region and the impurity concentration distribution on the side of the channel region are affected by fluctuations (variations) in ion implantation for forming the buried region and the gate region sandwiching the channel region from above and below. Can do. In addition, since the channel region can be surrounded by opposite conductivity type regions having a higher impurity concentration than the channel region, the depletion layer can be surely spread from the top, bottom, left and right of the channel region even at a low power supply voltage. Highly accurate pinch-off voltage control is possible. Furthermore, the channel region can be depleted with a low gate voltage by surrounding the upper, lower, left, and right sides of the channel region with regions of opposite conductivity type having a high impurity concentration, so that the pinch-off voltage can be reduced.
特に、チャンネル深さが浅く且つチャンネル幅が広いJFET構造の場合、チャンネル領域底面での空乏層の広がりがピンチオフ電圧のばらつきに大きな影響を及ぼすため、本発明に係る第2の半導体装置のように、チャンネル領域の両側面に加えてチャンネル領域の底面にも反対導電型の高濃度不純物領域を配置する構造を用いることにより、前述の効果が顕著に発揮される。 In particular, in the case of a JFET structure with a shallow channel depth and a wide channel width, the spread of the depletion layer at the bottom of the channel region has a great influence on the variation of the pinch-off voltage, and therefore, as in the second semiconductor device according to the present invention. By using a structure in which high-concentration impurity regions of the opposite conductivity type are arranged on the bottom surface of the channel region in addition to the both side surfaces of the channel region, the above-described effects are remarkably exhibited.
本発明に係る第2の半導体装置において、前記半導体領域は前記チャンネル領域よりも深く形成されていると、前述の効果を確実に得ることができる。この場合、前記半導体領域は前記埋め込み領域よりも浅く形成されていてもよいし、又は、前記半導体領域は前記埋め込み領域よりも深く形成されていてもよい。 In the second semiconductor device according to the present invention, when the semiconductor region is formed deeper than the channel region, the above-described effects can be obtained with certainty. In this case, the semiconductor region may be formed shallower than the buried region, or the semiconductor region may be formed deeper than the buried region.
本発明に係る第2の半導体装置において、前記ゲート領域と前記ソース/ドレイン領域とは離間していてもよい。このようにすると、ゲート領域とソース/ドレイン領域との離間距離を適切に設定することにより、オン抵抗の増大を抑制しつつ耐圧を向上させることができる。この場合、ゲート領域とソース/ドレイン領域との間にチャンネル領域の一部が介在していてもよい。 In the second semiconductor device according to the present invention, the gate region and the source / drain region may be separated from each other. In this case, by appropriately setting the separation distance between the gate region and the source / drain region, the breakdown voltage can be improved while suppressing an increase in on-resistance. In this case, a part of the channel region may be interposed between the gate region and the source / drain region.
本発明に係る第2の半導体装置において、前記半導体領域と前記ソース/ドレイン領域とが離間していると、JFETの耐圧を向上させることができる。 In the second semiconductor device according to the present invention, when the semiconductor region and the source / drain region are separated from each other, the breakdown voltage of the JFET can be improved.
本発明に係る第2の半導体装置において、前記ゲート領域の前記チャンネル幅方向の寸法と比べて、前記ソース/ドレイン領域の前記チャンネル幅方向の寸法が大きいと、JFETの耐圧を向上させることができる。 In the second semiconductor device according to the present invention, if the dimension of the source / drain region in the channel width direction is larger than the dimension of the gate region in the channel width direction, the breakdown voltage of the JFET can be improved. .
本発明に係る第2の半導体装置において、前記チャンネル領域の不純物濃度と比べて、前記ゲート領域の不純物濃度が高いと、前述の効果を確実に得ることができる。この場合、前記ゲート領域の不純物濃度のピーク値と、前記半導体領域の不純物濃度のピーク値とが実質的に同じであると、空乏層の広がりを確実に制御することができる。 In the second semiconductor device according to the present invention, when the impurity concentration of the gate region is higher than the impurity concentration of the channel region, the above-described effects can be reliably obtained. In this case, if the peak value of the impurity concentration in the gate region and the peak value of the impurity concentration in the semiconductor region are substantially the same, the spread of the depletion layer can be reliably controlled.
本発明に係る第2の半導体装置において、前記半導体基板上に設けられたバイポーラトランジスタをさらに備えていてもよい。この場合、前記埋め込み領域と、前記バイポーラトランジスタの埋め込み領域とを同一工程で形成すると、工程の増加無く、本発明のJFETとバイポーラトランジスタとが設けられた半導体装置を得ることができる。また、前記チャンネル領域と、前記バイポーラトランジスタのベース領域とを同一工程で形成すると、工程の増加無く、本発明のJFETとバイポーラトランジスタとが設けられた半導体装置を得ることができる。ここで、前記チャンネル領域と前記ベース領域とは、前記半導体基板上にエピタキシャル成長させた半導体層中に形成されてもよい。また、前記半導体領域と、前記バイポーラトランジスタのコレクタ領域とを同一工程で形成すると、工程の増加無く、本発明のJFETとバイポーラトランジスタとが設けられた半導体装置を得ることができる。また、前記ゲート領域と、前記バイポーラトランジスタのエミッタ領域とを同一工程で形成すると、工程の増加無く、本発明のJFETとバイポーラトランジスタとが設けられた半導体装置を得ることができる。また、前記ソース/ドレイン領域と、前記バイポーラトランジスタのベースコンタクト領域とを同一工程で形成すると、工程の増加無く、本発明のJFETとバイポーラトランジスタとが設けられた半導体装置を得ることができる。 The second semiconductor device according to the present invention may further comprise a bipolar transistor provided on the semiconductor substrate. In this case, if the buried region and the buried region of the bipolar transistor are formed in the same process, a semiconductor device provided with the JFET and the bipolar transistor of the present invention can be obtained without increasing the number of processes. If the channel region and the base region of the bipolar transistor are formed in the same process, a semiconductor device provided with the JFET and the bipolar transistor of the present invention can be obtained without increasing the number of processes. Here, the channel region and the base region may be formed in a semiconductor layer epitaxially grown on the semiconductor substrate. In addition, when the semiconductor region and the collector region of the bipolar transistor are formed in the same process, a semiconductor device provided with the JFET and the bipolar transistor of the present invention can be obtained without increasing the number of processes. Further, when the gate region and the emitter region of the bipolar transistor are formed in the same process, a semiconductor device provided with the JFET and the bipolar transistor of the present invention can be obtained without increasing the number of processes. If the source / drain region and the base contact region of the bipolar transistor are formed in the same process, a semiconductor device provided with the JFET and the bipolar transistor of the present invention can be obtained without increasing the number of processes.
本発明によると、チャンネル領域内において空乏層が上下左右から確実に広がるので、高精度のピンチオフ電圧制御を可能とするJFETを実現することができる。また、低いゲート電圧でチャンネル領域を空乏化することができるので、ピンチオフ電圧を小さくすることができる。 According to the present invention, since the depletion layer surely spreads from the top, bottom, left, and right in the channel region, a JFET that enables highly accurate pinch-off voltage control can be realized. In addition, since the channel region can be depleted with a low gate voltage, the pinch-off voltage can be reduced.
(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置について、図面を参照しながら説明する。尚、各図面において同じ構成要素には同じ符号を付している。(First embodiment)
Hereinafter, a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals.
図1は、本実施形態に係る半導体装置、具体的には、JFETを有する半導体装置の平面図であり、図2(a)は、図1のA−A線の断面図であり、図2(b)は、図1のB−B線の断面図である。 FIG. 1 is a plan view of a semiconductor device according to the present embodiment, specifically, a semiconductor device having a JFET. FIG. 2A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. (B) is sectional drawing of the BB line of FIG.
図1及び図2(a)、(b)に示すように、本実施形態に係る半導体装置においては、p型半導体基板101の表面部にp型チャンネル領域105が形成されている。p型半導体基板101におけるp型チャンネル領域105の下側には第1のn型半導体領域104が形成されている。p型チャンネル領域105の表面部にはn型ゲート領域107が形成されている。p型チャンネル領域105の表面部におけるn型ゲート領域107のチャンネル長方向の両側にはp型ソース/ドレイン領域108が形成されている。
As shown in FIGS. 1, 2 (a), and 2 (b), in the semiconductor device according to the present embodiment, a p-
さらに、本実施形態の特徴として、p型半導体基板101におけるp型チャンネル領域105のチャンネル幅方向の両側には、第1のn型半導体領域104よりも高い不純物濃度を有する第2のn型半導体領域106が形成されている。
Further, as a feature of the present embodiment, a second n-type semiconductor having a higher impurity concentration than the first n-
尚、p型半導体基板101の表面部には、p型チャンネル領域105、第2のn型半導体領域106(底部を除く)、n型ゲート領域107及びp型ソース/ドレイン領域108を囲むように、絶縁膜102が埋め込まれている。また、p型半導体基板101における絶縁膜102の下側には、第1のn型半導体領域104、及び第2のn型半導体領域106の底部を囲むように、例えば低濃度p型半導体領域からなる分離領域103が設けられている。
The p-
本実施形態において、p型半導体基板101は、例えば、P型シリコン基板であって、不純物濃度は4×1015cm-3程度である。第1のn型半導体領域104は、例えば、p型半導体基板101の表面部にn型不純物をイオン注入すると共に当該不純物を拡散させることにより設けられたn型層であって、不純物濃度は1×1016cm-3程度である。ここで、第1のn型半導体領域104は、p型半導体基板101の内部に達する分離領域103によって島状に区画されている。p型チャンネル領域105は、第1のn型半導体領域104の表面部にp型不純物を注入することにより設けられたp型層であって、不純物濃度は1×1018cm-3程度である。第2のn型半導体領域106は、例えば、p型半導体基板101におけるp型チャンネル領域105のチャンネル幅方向の両側にn型不純物を注入することにより設けられたn型層であって、不純物濃度は1×1019cm-3程度であり、p型チャンネル領域105よりも深く形成されている。n型ゲート領域107は、例えば、p型チャンネル領域105の表面部にn型不純物を注入することにより設けられたn型層であって、不純物濃度は1×1019cm-3程度である。p型ソース/ドレイン領域108は、例えば、p型チャンネル領域105の表面部におけるn型ゲート領域107のチャンネル長方向の両側にp型不純物を注入することにより設けられたp型層であって、不純物濃度は1×1019cm-3程度である。In the present embodiment, the p-
図3は、本実施形態に係る半導体装置における第1のn型半導体領域104、第2のn型半導体領域106、p型チャンネル領域105、及びn型ゲート領域107の深さ方向の不純物濃度分布を示している。図3に示すように、本実施形態において、第2のn型半導体領域106の不純物濃度は、第1のn型半導体領域104の不純物濃度よりも高い。
3 shows the impurity concentration distribution in the depth direction of the first n-
以上に説明した本実施形態によると、p型チャンネル領域105の下側に設けられた第1のn型半導体領域104よりも高い不純物濃度を有する第2のn型半導体領域106を、p型チャンネル領域105のチャンネル幅方向の両側に設けている。すなわち、p型チャンネル領域105の両側面は、高い不純物濃度を有する反対導電型の第2のn型半導体領域106によって区切られている。このため、p型チャンネル領域105の幅やp型チャンネル領域105側部の不純物濃度分布が、p型チャンネル領域105を上下から挟む第1のn型半導体領域104及びn型ゲート領域107を形成するためのイオン注入における変動(ばらつき)の影響を受ける事態を回避することができる。また、p型チャンネル領域105下の第1のn型半導体領域104の不純物濃度を低く設定することができるため、p型チャンネル領域105自体の不純物濃度を高くする必要がない。その結果、p型チャンネル領域105側面近傍の第2のn型半導体領域106の不純物濃度の低下を防止できるので、水平方向の空乏層の広がりを高精度で制御することが可能となる。
According to the present embodiment described above, the second n-
従って、本実施形態によると、低電源電圧においてもp型チャンネル領域105内において空乏層が上下左右から確実に広がるので、高精度のピンチオフ電圧制御を可能とするJFETを実現することができる。また、p型チャンネル領域105自体の不純物濃度を低く設定することができるため、低いゲート電圧でp型チャンネル領域105を空乏化することができるので、ピンチオフ電圧を小さくすることができる。
Therefore, according to the present embodiment, the depletion layer surely spreads from the top, bottom, left, and right in the p-
尚、本実施形態において、第2のn型半導体領域106とp型ソース/ドレイン領域108とは離間していてもよい。このようにすると、JFETの耐圧を向上させることができる。また、n型ゲート領域107のチャンネル幅方向の寸法と比べて、p型ソース/ドレイン領域108のチャンネル幅方向の寸法が大きくてもよい。このようにすると、JFETの耐圧を向上させることができる。但し、耐圧上の問題がなければ、例えば図4(図1に示す平面構成の変形例)に示すように、第2のn型半導体領域106とp型ソース/ドレイン領域108とが接していてもよいし、n型ゲート領域107のチャンネル幅方向の寸法と、p型ソース/ドレイン領域108のチャンネル幅方向の寸法とが同程度であってもよい。
In the present embodiment, the second n-
また、本実施形態において、n型ゲート領域107とp型ソース/ドレイン領域108とは離間していてもよい。このようにすると、n型ゲート領域107とp型ソース/ドレイン領域108との離間距離を適切に設定することにより、オン抵抗の増大を抑制しつつ耐圧を向上させることができる。この場合、n型ゲート領域107とp型ソース/ドレイン領域108との間には本実施形態のようにp型チャンネル領域105の一部が介在していてもよい。
In the present embodiment, the n-
また、本実施形態において、第2のn型半導体領域106はp型チャンネル領域105よりも深く形成されていてもよい。このようにすると、前述の効果を確実に得ることができる。この場合、第2のn型半導体領域106が第1のn型半導体領域104よりも浅く形成されていると、JFETの耐圧を向上させることができる。但し、耐圧上の問題がなければ、例えば図5(図2(a)に示す断面構成の変形例)に示すように、第2のn型半導体領域106が第1のn型半導体領域104よりも深く形成されていてもよい。
In the present embodiment, the second n-
また、本実施形態においては、図2(b)に示すように、p型ソース/ドレイン領域108と第1のn型半導体領域104との間にp型チャンネル領域105を介在させたが、これに代えて、図6(図2(b)に示す断面構成の変形例)に示すように、p型ソース/ドレイン領域108の一部が第1のn型半導体領域104と接していてもよい。
In the present embodiment, as shown in FIG. 2B, the p-
また、本実施形態においては、p型チャンネル領域105の深さと同程度の深さまで絶縁膜102をp型半導体基板101の表面部に埋め込んだが、これに代えて、絶縁膜102をp型チャンネル領域105よりも深く又は浅く埋め込んでもよい。
In this embodiment, the insulating
また、本実施形態において、p型半導体基板101における絶縁膜102の下側に、低濃度p型半導体領域からなる分離領域103を設けたが、これに代えて、例えば、シリコン酸化膜に覆われたノンドープのポリシリコン領域からなる分離領域を設けてもよい。
In the present embodiment, the
また、本実施形態において、例えば図3に示すように、第1のn型半導体領域104の不純物濃度と比べて、n型ゲート領域107の不純物濃度が高くてもよい。また、この場合、例えば図3に示すように、n型ゲート領域107の不純物濃度のピーク値と、第2のn型半導体領域106の不純物濃度のピーク値とが実質的に同じであってもよい。このようにすると、空乏層の広がりを確実に制御することができる。
In the present embodiment, for example, as shown in FIG. 3, the impurity concentration of the n-
また、本実施形態において、p型半導体基板101を用いたが、これに代えて、p型半導体領域が表面上に形成された真性の半導体基板又は絶縁性基板を用いても良い。
In the present embodiment, the p-
また、本実施形態においては、チャンネル領域及びソース/ドレイン領域の導電型をp型とし、ゲート領域やチャンネル領域下側及び側方の半導体領域の導電型をn型としたが、これに代えて、チャンネル領域及びソース/ドレイン領域の導電型をn型とし、ゲート領域やチャンネル領域下側及び側方の半導体領域の導電型をp型としても、本実施形態と同様の効果が得られる。 In this embodiment, the conductivity type of the channel region and the source / drain region is p-type, and the conductivity type of the gate region and the semiconductor region below and on the side of the channel region is n-type. Even if the conductivity type of the channel region and the source / drain region is n-type, and the conductivity type of the semiconductor region below and on the side of the gate region and the channel region is p-type, the same effect as this embodiment can be obtained.
また、本実施形態において、イオン注入する際の表面保護膜の有無、マスク材料の膜種及び膜厚、並びに層間絶縁膜の膜種及び膜厚等の詳細条件が特に限定されないことは言うまでもない。 Further, in the present embodiment, it is needless to say that the detailed conditions such as the presence / absence of the surface protective film at the time of ion implantation, the film type and film thickness of the mask material, and the film type and film thickness of the interlayer insulating film are not particularly limited.
以下、本実施形態に係る半導体装置の製造方法について、前述の本実施形態のJFETと共にNPNバイポーラトランジスタを同一基板上に設ける場合を例として、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to the drawings, taking as an example a case where an NPN bipolar transistor is provided on the same substrate together with the above-described JFET of the present embodiment.
本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、図1及び図2(a)、(b)に示す本実施形態のJFETにおけるp型チャンネル領域105のチャンネル幅方向の両側に位置する第2のn型半導体領域106を、NPNバイポーラトランジスタのコレクタ領域と同時にn型不純物注入によって形成することを特徴としており、これによって、本実施形態のJFETをNPNバイポーラトランジスタと共に新たな追加工程無しに同時形成できるという効果を奏する。
The manufacturing method of the semiconductor device according to the present embodiment includes the second n located on both sides in the channel width direction of the p-
図7(a)〜(f)及び図8(a)〜(f)は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図であり、図7(a)、(c)、(e)及び図8(a)、(c)、(e)は、JFETのチャンネル幅方向の断面構成をNPNバイポーラトランジスタの断面構成と共に示しており、図7(b)、(d)、(f)及び図8(b)、(d)、(f)は、JFETのチャンネル長方向の断面構成を示している。尚、図7(a)〜(f)及び図8(a)〜(f)において、図1及び図2(a)、(b)に示す本実施形態の半導体装置と同じ構成要素には同じ符号を付している。 FIGS. 7A to 7F and FIGS. 8A to 8F are cross-sectional views showing respective steps of the method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment, and FIGS. , (E) and FIGS. 8 (a), (c), and (e) show the cross-sectional configuration of the JFET in the channel width direction along with the cross-sectional configuration of the NPN bipolar transistor, and FIGS. (F) and FIGS. 8B, 8D, and 8F show cross-sectional configurations of the JFET in the channel length direction. 7 (a) to (f) and FIGS. 8 (a) to (f), the same components as those of the semiconductor device of this embodiment shown in FIGS. 1 and 2 (a) and 2 (b) are the same. The code is attached.
本実施形態においては、まず、第1工程として、図7(a)及び(b)に示すように、例えばトレンチエッチング等の加工技術を用いて、p型半導体基板101の所定領域の表面部に絶縁膜102を埋め込むと共にp型半導体基板101における絶縁膜102の下側に分離領域103を形成する。これにより、JFET形成領域とNPNバイポーラトランジスタ形成領域とが電気的に分離される。
In the present embodiment, first, as a first step, as shown in FIGS. 7A and 7B, the surface of a predetermined region of the p-
次に、第2工程として、図7(c)及び(d)に示すように、p型半導体基板101の全面にn型不純物を、例えばドーズ量1×1012cm-2、注入エネルギー300keVの条件でイオン注入した後、例えば1000℃、60分間の熱処理によって注入不純物を拡散させる。これにより、JFET形成領域のp型半導体基板101の表面部に第1のn型半導体領域104が形成されると共に、NPNバイポーラトランジスタ形成領域のp型半導体基板101の表面部にn型半導体領域114が形成される。Next, as a second step, as shown in FIGS. 7C and 7D, an n-type impurity is applied to the entire surface of the p-
次に、第3工程として、図7(e)及び(f)に示すように、JFET形成領域の第1のn型半導体領域104及びNPNバイポーラトランジスタ形成領域のn型半導体領域114のそれぞれの表面部に選択的にp型不純物を、例えばドーズ量2×1012cm-2、注入エネルギー40keVの条件でイオン注入する。これにより、JFET形成領域の第1のn型半導体領域104の表面部にp型チャンネル領域105が形成されると共に、NPNバイポーラトランジスタ形成領域のn型半導体領域114の表面部にp型ベース領域115が形成される。Next, as a third step, as shown in FIGS. 7E and 7F, the surfaces of the first n-
次に、第4工程として、図8(a)及び(b)に示すように、JFET形成領域の第1のn型半導体領域104及びp型チャンネル領域105におけるチャンネル幅方向の両端部、並びにNPNバイポーラトランジスタ形成領域のn型半導体領域114におけるp型ベース領域115が形成されていない部分に選択的にn型不純物を、例えばドーズ量5×1015cm-2、注入エネルギー80keVの条件でイオン注入する。これにより、JFET形成領域のp型チャンネル領域105におけるチャンネル幅方向の両端部に第2のn型半導体領域106がp型チャンネル領域105よりも深く形成されると共に、NPNバイポーラトランジスタ形成領域のn型半導体領域114におけるp型ベース領域115が形成されていない部分にn型コレクタ領域116が形成される。Next, as a fourth step, as shown in FIGS. 8A and 8B, both end portions in the channel width direction of the first n-
次に、第5工程として、図8(c)及び(d)に示すように、JFET形成領域のp型チャンネル領域105の表面部、並びにNPNバイポーラトランジスタ形成領域のp型ベース領域115及びn型コレクタ領域116のそれぞれの表面部に選択的にn型不純物を、例えばドーズ量4×1015cm-2、注入エネルギー50keVの条件でイオン注入する。これにより、JFET形成領域のp型チャンネル領域105の表面部にn型ゲート領域107が形成されると共に、NPNバイポーラトランジスタ形成領域のp型ベース領域115及びn型コレクタ領域116のそれぞれの表面部にn型エミッタ領域117及びn型コレクタコンタクト領域127が形成される。Next, as a fifth step, as shown in FIGS. 8C and 8D, the surface portion of the p-
次に、第6工程として、図8(e)及び(f)に示すように、JFET形成領域のp型チャンネル領域105の表面部におけるn型ゲート領域107のチャンネル長方向の両側、及びNPNバイポーラトランジスタ形成領域のp型ベース領域115の表面部におけるn型エミッタ領域117が形成されていない部分に選択的にp型不純物を、例えばドーズ量4×1015cm-2、注入エネルギー3keVの条件でイオン注入する。これにより、JFET形成領域のp型チャンネル領域105の表面部におけるn型ゲート領域107のチャンネル長方向の両側にp型ソース/ドレイン領域108が形成されると共に、NPNバイポーラトランジスタ形成領域のp型ベース領域115の表面部におけるn型エミッタ領域117が形成されていない部分にp型ベースコンタクト領域118が形成される。Next, as a sixth step, as shown in FIGS. 8E and 8F, both sides of the n-
以上に述べた工程によって、図1及び図2(a)、(b)に示す本実施形態のJFETと共に、p型半導体基板101上に形成されたn型半導体領域114、p型ベース領域115、n型コレクタ領域116、n型エミッタ領域117、n型コレクタコンタクト領域127及びp型ベースコンタクト領域118からなるNPNバイポーラトランジスタが形成される。
Through the steps described above, the n-
このように、本実施形態の製造方法によると、本実施形態のJFETにおけるp型チャンネル領域105のチャンネル幅方向の両側に位置する高不純物濃度の第2のn型半導体領域106を、NPNバイポーラトランジスタのn型コレクタ領域116と同時に形成できるため、新たな追加工程なく、本実施形態のJFETとバイポーラトランジスタとが同一基板上に設けられた半導体装置を得ることができる。
As described above, according to the manufacturing method of the present embodiment, the second n-
尚、本実施形態の製造方法においては、JFETのチャンネル領域及びソース/ドレイン領域並びにバイポーラトランジスタのベース領域及びベースコンタクト領域の導電型をp型とし、JFETのゲート領域やチャンネル領域下側及び側方の半導体領域並びにバイポーラトランジスタのコレクタ領域、エミッタ領域及びコレクタコンタクト領域の導電型をn型としたが、これに代えて、JFETのチャンネル領域及びソース/ドレイン領域並びにバイポーラトランジスタのベース領域及びベースコンタクト領域の導電型をn型とし、JFETのゲート領域やチャンネル領域下側及び側方の半導体領域並びにバイポーラトランジスタのコレクタ領域、エミッタ領域及びコレクタコンタクト領域の導電型をp型としても、本実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、NPNバイポーラトランジスタに代えてPNPバイポーラトランジスタをJFETと共に設けてもよい。 In the manufacturing method of the present embodiment, the conductivity type of the channel region and source / drain region of the JFET and the base region and base contact region of the bipolar transistor are p-type, and the lower side and side of the gate region and channel region of the JFET. The conductivity type of the semiconductor region and the collector region, emitter region, and collector contact region of the bipolar transistor are n-type. Instead, the channel region and source / drain region of the JFET, and the base region and base contact region of the bipolar transistor As in the present embodiment, the conductivity type of n is the n type, and the conductivity type of the gate region of the JFET, the semiconductor region below and on the side of the channel region, and the collector region, emitter region, and collector contact region of the bipolar transistor is p type. Effect of It is obtained. That is, a PNP bipolar transistor may be provided together with the JFET instead of the NPN bipolar transistor.
また、本実施形態の製造方法において、イオン注入する際の表面保護膜の有無、マスク材料の膜種及び膜厚、並びに層間絶縁膜の膜種及び膜厚等の詳細条件が特に限定されないことは言うまでもない。 Further, in the manufacturing method of the present embodiment, there are no particular limitations on the detailed conditions such as the presence / absence of a surface protective film during ion implantation, the film type and film thickness of the mask material, and the film type and film thickness of the interlayer insulating film. Needless to say.
(第2の実施形態)
以下、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置について、図面を参照しながら説明する。尚、各図面において同じ構成要素には同じ符号を付している。(Second Embodiment)
Hereinafter, a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals.
図9は、本実施形態に係る半導体装置、具体的には、JFETを有する半導体装置の平面図であり、図10(a)は、図9のA−A線の断面図であり、図10(b)は、図9のB−B線の断面図である。 9 is a plan view of the semiconductor device according to the present embodiment, specifically, a semiconductor device having a JFET. FIG. 10A is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. (B) is sectional drawing of the BB line of FIG.
図9及び図10(a)、(b)に示すように、本実施形態に係る半導体装置においては、p型半導体基板201の表面部にp型チャンネル領域206が形成されている。p型チャンネル領域206の表面部にはn型ゲート領域208が形成されている。p型チャンネル領域206の表面部におけるn型ゲート領域208のチャンネル長方向の両側にはp型ソース/ドレイン領域209が形成されている。
As shown in FIGS. 9, 10 (a), and 10 (b), in the semiconductor device according to the present embodiment, a p-
さらに、本実施形態の特徴として、p型半導体基板201におけるp型チャンネル領域206のチャンネル幅方向の両側には、チャンネル領域206よりも高い不純物濃度を有するn型半導体領域207が形成されている。また、p型半導体基板201におけるp型チャンネル領域206の下側には、チャンネル領域206よりも高い不純物濃度を有するn型埋め込み領域202が形成されている。
Further, as a feature of the present embodiment, n-
尚、p型半導体基板201の表面部には、p型チャンネル領域206、n型半導体領域207(底部を除く)、n型ゲート領域208及びp型ソース/ドレイン領域209を囲むように、絶縁膜204が埋め込まれている。また、p型半導体基板201における絶縁膜204の下側には、n型埋め込み領域202、及びn型半導体領域207の底部を囲むように、例えば低濃度p型半導体領域からなる分離領域205が設けられている。
Note that an insulating film is formed on the surface portion of the p-
本実施形態において、p型半導体基板201は、例えば、P型シリコン基板であって、不純物濃度は4×1015cm-3程度である。n型埋め込み領域202は、例えば、p型半導体基板201の表面部にn型不純物をイオン注入した後にp型半導体基板201上にシリコン層をエピタキシャル成長させることにより設けられたn型層であって、不純物濃度は2×1019cm-3程度である。ここで、n型埋め込み領域202は、p型半導体基板201の内部に達する分離領域205によって島状に区画されている。p型チャンネル領域206は、例えば、n型埋め込み領域202上にエピタキシャル成長させたシリコン層(エピタキシャル層)にp型不純物を注入することにより設けられたp型層であって、不純物濃度は1×1018cm-3程度である。n型半導体領域207は、例えば、前記エピタキシャル層を含むp型半導体基板201におけるp型チャンネル領域206のチャンネル幅方向の両側にn型不純物を注入することにより設けられたn型層であって、不純物濃度は1×1019cm-3程度であり、p型チャンネル領域206よりも深く形成されている。n型ゲート領域208は、例えば、p型チャンネル領域206の表面部にn型不純物を注入することにより設けられたn型層であって、不純物濃度は1×1019cm-3程度である。p型ソース/ドレイン領域209は、例えば、p型チャンネル領域206の表面部におけるn型ゲート領域208のチャンネル長方向の両側にp型不純物を注入することにより設けられたp型層であって、不純物濃度は1×1019cm-3程度である。In the present embodiment, the p-
図11は、本実施形態に係る半導体装置におけるn型埋め込み領域202、n型半導体領域207、p型チャンネル領域206、及びn型ゲート領域208の深さ方向の不純物濃度分布を示している。図11に示すように、本実施形態において、n型埋め込み領域202、n型半導体領域207及びn型ゲート領域208のそれぞれの不純物濃度はいずれも、p型チャンネル領域206の不純物濃度よりも高い。
FIG. 11 shows the impurity concentration distribution in the depth direction of the n-type buried
以上に説明した本実施形態によると、p型チャンネル領域206よりも高い不純物濃度を有するn型半導体領域207を、p型チャンネル領域206のチャンネル幅方向の両側に別途設けていると共に、p型チャンネル領域206よりも高い不純物濃度を有するn型埋め込み領域202を、p型チャンネル領域206の下側に別途設けている。すなわち、p型チャンネル領域206の上面は、高い不純物濃度を有する反対導電型のn型ゲート領域208によって区切られ、また、p型チャンネル領域206の両側面は、高い不純物濃度を有する反対導電型のn型半導体領域207によって区切られ、さらに、p型チャンネル領域206の底面は、高い不純物濃度を有する反対導電型のn型埋め込み領域202によって区切られている。このため、p型チャンネル領域206の幅やp型チャンネル領域206側部の不純物濃度分布が、p型チャンネル領域206を上下から挟むn型埋め込み領域202及びn型ゲート領域208を形成するためのイオン注入における変動(ばらつき)の影響を受ける事態を回避することができる。また、p型チャンネル領域206の上下左右を、p型チャンネル領域206よりも不純物濃度の高い反対導電型の領域によって囲むことができるため、低電源電圧においてもp型チャンネル領域206の上下左右から空乏層が確実に広がる構造となるので、高精度のピンチオフ電圧制御が可能となる。さらに、p型チャンネル領域206の上下左右を不純物濃度の高い反対導電型の領域によって囲むことにより、低いゲート電圧でp型チャンネル領域206を空乏化することができるので、ピンチオフ電圧を小さくすることができる。
According to the present embodiment described above, the n-
特に、チャンネル深さが浅く且つチャンネル幅が広いJFET構造の場合、p型チャンネル領域206底面での空乏層の広がりがピンチオフ電圧のばらつきに大きな影響を及ぼすため、本実施形態の半導体装置のように、p型チャンネル領域206の両側面に加えてp型チャンネル領域206の底面にも反対導電型の高濃度不純物領域を配置する構造を用いることにより、前述の効果が顕著に発揮される。
In particular, in the case of a JFET structure in which the channel depth is shallow and the channel width is wide, the spread of the depletion layer on the bottom surface of the p-
尚、本実施形態において、n型半導体領域207とp型ソース/ドレイン領域209とは離間していてもよい。このようにすると、JFETの耐圧を向上させることができる。また、n型ゲート領域208のチャンネル幅方向の寸法と比べて、p型ソース/ドレイン領域209のチャンネル幅方向の寸法が大きくてもよい。このようにすると、JFETの耐圧を向上させることができる。但し、耐圧上の問題がなければ、例えば図12(図9に示す平面構成の変形例)に示すように、n型半導体領域207とp型ソース/ドレイン領域209とが接していてもよいし、n型ゲート領域208のチャンネル幅方向の寸法と、p型ソース/ドレイン領域209のチャンネル幅方向の寸法とが同程度であってもよい。
In the present embodiment, the n-
また、本実施形態において、n型ゲート領域208とp型ソース/ドレイン領域209とは離間していてもよい。このようにすると、n型ゲート領域208とp型ソース/ドレイン領域209との離間距離を適切に設定することにより、オン抵抗の増大を抑制しつつ耐圧を向上させることができる。この場合、n型ゲート領域208とp型ソース/ドレイン領域209との間には本実施形態のようにp型チャンネル領域206の一部が介在していてもよい。
In the present embodiment, the n-
また、本実施形態において、n型半導体領域207はp型チャンネル領域206よりも深く形成されていてもよい。このようにすると、前述の効果を確実に得ることができる。この場合、n型半導体領域207がn型埋め込み領域202よりも浅く形成されていると、JFETの耐圧を向上させることができる。但し、耐圧上の問題がなければ、例えば図13(図10(a)に示す断面構成の変形例)に示すように、n型半導体領域207がn型埋め込み領域202よりも深く形成されていてもよい。
In the present embodiment, the n-
また、本実施形態においては、図10(b)に示すように、p型ソース/ドレイン領域209とn型埋め込み領域202との間にp型チャンネル領域206を介在させたが、これに代えて、図14(図10(b)に示す断面構成の変形例)に示すように、p型ソース/ドレイン領域209の一部がn型埋め込み領域202と接していてもよい。
Further, in this embodiment, as shown in FIG. 10B, the p-
また、本実施形態において、p型チャンネル領域206下側のn型埋め込み領域202を、シリコン層のエピタキシャル成長を用いて形成したが、これに代えて、選択的なイオン注入を用いて、p型チャンネル領域206よりも不純物濃度の高い反対導電型のn型埋め込み領域202を形成してもよい。
In the present embodiment, the n-type buried
また、本実施形態においては、p型チャンネル領域206の深さと同程度の深さまで絶縁膜204をp型半導体基板201の表面部(正確にはp型半導体基板201上にエピタキシャル成長させたシリコン層)に埋め込んだが、これに代えて、絶縁膜204をp型チャンネル領域206よりも深く又は浅く埋め込んでもよい。
In the present embodiment, the insulating
また、本実施形態において、p型半導体基板201における絶縁膜204の下側に、低濃度p型半導体領域からなる分離領域205を設けたが、これに代えて、例えば、シリコン酸化膜に覆われたノンドープのポリシリコン領域からなる分離領域を設けてもよい。
In the present embodiment, the
また、本実施形態において、例えば図11に示すように、p型チャンネル領域206の不純物濃度と比べて、n型ゲート領域208の不純物濃度が高くてもよい。このようにすると、前述の効果を確実に得ることができる。また、この場合、例えば図11に示すように、n型半導体領域207の不純物濃度と比べて、n型ゲート領域208の不純物濃度が高くてもよい。或いは、n型ゲート領域208の不純物濃度のピーク値と、n型半導体領域207の不純物濃度のピーク値とが実質的に同じであってもよい。このようにすると、空乏層の広がりを確実に制御することができる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 11, for example, the impurity concentration of the n-
また、本実施形態において、p型半導体基板201を用いたが、これに代えて、p型半導体領域が表面上に形成された真性の半導体基板又は絶縁性基板を用いても良い。
In this embodiment, the p-
また、本実施形態においては、チャンネル領域及びソース/ドレイン領域の導電型をp型とし、ゲート領域やチャンネル領域下側及び側方の半導体領域の導電型をn型としたが、これに代えて、チャンネル領域及びソース/ドレイン領域の導電型をn型とし、ゲート領域やチャンネル領域下側及び側方の半導体領域の導電型をp型としても、本実施形態と同様の効果が得られる。 In this embodiment, the conductivity type of the channel region and the source / drain region is p-type, and the conductivity type of the gate region and the semiconductor region below and on the side of the channel region is n-type. Even if the conductivity type of the channel region and the source / drain region is n-type, and the conductivity type of the semiconductor region below and on the side of the gate region and the channel region is p-type, the same effect as this embodiment can be obtained.
また、本実施形態において、イオン注入する際の表面保護膜の有無、マスク材料の膜種及び膜厚、並びに層間絶縁膜の膜種及び膜厚等の詳細条件が特に限定されないことは言うまでもない。 Further, in the present embodiment, it is needless to say that the detailed conditions such as the presence / absence of the surface protective film at the time of ion implantation, the film type and film thickness of the mask material, and the film type and film thickness of the interlayer insulating film are not particularly limited.
以下、本実施形態に係る半導体装置の製造方法について、前述の本実施形態のJFETと共にNPNバイポーラトランジスタを同一基板上に設ける場合を例として、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to the drawings, taking as an example a case where an NPN bipolar transistor is provided on the same substrate together with the above-described JFET of the present embodiment.
本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、図9及び図10(a)、(b)に示す本実施形態のJFETにおけるp型チャンネル領域206のチャンネル幅方向の両側に位置するn型半導体領域207を、NPNバイポーラトランジスタのコレクタ領域と同時にn型不純物注入によって形成すること、及び、前記JFETにおけるp型チャンネル領域206の下側に位置するn型埋め込み領域202を、NPNバイポーラトランジスタの埋め込み領域と同時にシリコン層のエピタキシャル成長を用いて形成することを特徴としており、これによって、本実施形態のJFETをNPNバイポーラトランジスタと共に新たな追加工程無しに同時形成できるという効果を奏する。
The manufacturing method of the semiconductor device according to this embodiment includes an n-type semiconductor region located on both sides in the channel width direction of the p-
図15(a)〜(f)、図16(a)〜(f)及び図17(a)、(b)は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図であり、図15(a)、(c)、(e)、図16(a)、(c)、(e)及び図17(a)は、JFETのチャンネル幅方向の断面構成をNPNバイポーラトランジスタの断面構成と共に示しており、図15(b)、(d)、(f)、図16(b)、(d)、(f)及び図17は、JFETのチャンネル長方向の断面構成を示している。尚、図15(a)〜(f)、図16(a)〜(f)及び図17(a)、(b)において、図9及び図10(a)、(b)に示す本実施形態の半導体装置と同じ構成要素には同じ符号を付している。 FIGS. 15A to 15F, FIGS. 16A to 16F, and FIGS. 17A and 17B are cross-sectional views showing respective steps of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment. 15 (a), 15 (c), 15 (e), 16 (a), 16 (c), 17 (e), and 17 (a) show the cross-sectional configuration of the JFET in the channel width direction. FIGS. 15 (b), (d), (f), FIGS. 16 (b), (d), (f), and FIG. 17 show the cross-sectional configuration of the JFET in the channel length direction. . 15 (a) to 15 (f), FIGS. 16 (a) to (f) and FIGS. 17 (a) and 17 (b), this embodiment shown in FIGS. 9 and 10 (a) and 10 (b). The same components as those of the semiconductor device are denoted by the same reference numerals.
本実施形態においては、まず、第1工程として、図15(a)及び(b)に示すように、p型半導体基板201におけるJFET形成領域及びNPNバイポーラトランジスタ形成領域のそれぞれにn型不純物を、例えばドーズ量5×1015cm-2、注入エネルギー30keVの条件で選択的にイオン注入することにより、n型埋め込み領域202及びn型埋め込み領域212を形成する。In this embodiment, first, as a first step, as shown in FIGS. 15A and 15B, n-type impurities are respectively added to the JFET formation region and the NPN bipolar transistor formation region in the p-
次に、第2工程として、図15(c)及び(d)に示すように、p型半導体基板201上において、例えば1100℃程度の温度でn型シリコン層をエピタキシャル成長させることにより、JFET形成領域のp型半導体基板201の表面部にn型エピタキシャル層203を形成すると共に、NPNバイポーラトランジスタ形成領域のp型半導体基板201の表面部にn型エピタキシャル層213を形成する。ここで、n型エピタキシャル層203及びn型エピタキシャル層213のそれぞれの厚さは例えば0.4μm程度である。また、n型エピタキシャル層203及びn型エピタキシャル層213の形成時に、JFET形成領域のn型埋め込み領域202及びNPNバイポーラトランジスタ形成領域のn型埋め込み領域212のそれぞれもn型エピタキシャル層203及びn型エピタキシャル層213内で例えば厚さ0.1μm程度成長し、その結果、n型埋め込み領域202及びn型埋め込み領域212のそれぞれの厚さは例えば0.5μm程度となる。
Next, as a second step, as shown in FIGS. 15C and 15D, an n-type silicon layer is epitaxially grown on the p-
次に、第3工程として、図15(e)及び(f)に示すように、例えばトレンチエッチング等の加工技術を用いて、p型半導体基板201の所定領域の表面部に絶縁膜204を埋め込むと共にp型半導体基板201における絶縁膜204の下側に分離領域205を形成する。これにより、JFET形成領域とNPNバイポーラトランジスタ形成領域とが電気的に分離される。
Next, as a third step, as shown in FIGS. 15E and 15F, an insulating
次に、第4工程として、図16(a)及び(b)に示すように、JFET形成領域のn型エピタキシャル層203及びNPNバイポーラトランジスタ形成領域のn型エピタキシャル層213のそれぞれの表面部に選択的にp型不純物を、例えばドーズ量2×1012cm-2、注入エネルギー40keVの条件でイオン注入する。これにより、JFET形成領域のn型エピタキシャル層203にp型チャンネル領域206がn型埋め込み領域202に達するように形成されると共に、NPNバイポーラトランジスタ形成領域のn型エピタキシャル層213にp型ベース領域216がn型埋め込み領域212に達するように形成される。ここで、p型チャンネル領域206及びp型ベース領域216のそれぞれの厚さは例えば0.3μm程度である。Next, as a fourth step, as shown in FIGS. 16A and 16B, the surface portions of the n-
次に、第5工程として、図16(c)及び(d)に示すように、JFET形成領域のp型チャンネル領域206を含むn型エピタキシャル層203におけるチャンネル幅方向の両端部、並びにNPNバイポーラトランジスタ形成領域のn型エピタキシャル層213におけるp型ベース領域216が形成されていない部分に選択的にn型不純物を、例えばドーズ量5×1015cm-2、注入エネルギー80keVの条件でイオン注入する。これにより、JFET形成領域のp型チャンネル領域206におけるチャンネル幅方向の両端部にn型半導体領域207がp型チャンネル領域206よりも深く形成されると共に、NPNバイポーラトランジスタ形成領域のn型エピタキシャル層213におけるp型ベース領域216が形成されていない部分にn型コレクタ領域217が形成される。ここで、n型半導体領域207及びn型コレクタ領域217はそれぞれ、n型エピタキシャル層203及びn型エピタキシャル層213よりも例えば0.4μm程度深く形成される。Next, as a fifth step, as shown in FIGS. 16C and 16D, both ends of the n-
次に、第6工程として、図16(e)及び(f)に示すように、JFET形成領域のp型チャンネル領域206の表面部、並びにNPNバイポーラトランジスタ形成領域のp型ベース領域216及びn型コレクタ領域217のそれぞれの表面部に選択的にn型不純物を、例えばドーズ量4×1015cm-2、注入エネルギー50keVの条件でイオン注入する。これにより、JFET形成領域のp型チャンネル領域206の表面部にn型ゲート領域208が形成されると共に、NPNバイポーラトランジスタ形成領域のp型ベース領域216及びn型コレクタ領域217のそれぞれの表面部にn型エミッタ領域218及びn型コレクタコンタクト領域228が形成される。ここで、n型ゲート領域208、n型エミッタ領域218及びn型コレクタコンタクト領域228のそれぞれの厚さは例えば0.15μm程度である。Next, as a sixth step, as shown in FIGS. 16E and 16F, the surface portion of the p-
次に、第7工程として、図17(a)及び(b)に示すように、JFET形成領域のp型チャンネル領域206の表面部におけるn型ゲート領域208のチャンネル長方向の両側、及びNPNバイポーラトランジスタ形成領域のp型ベース領域216の表面部におけるn型エミッタ領域218が形成されていない部分に選択的にp型不純物を、例えばドーズ量4×1015cm-2、注入エネルギー3keVの条件でイオン注入する。これにより、JFET形成領域のp型チャンネル領域206の表面部におけるn型ゲート領域208のチャンネル長方向の両側にp型ソース/ドレイン領域209が形成されると共に、NPNバイポーラトランジスタ形成領域のp型ベース領域216の表面部におけるn型エミッタ領域218が形成されていない部分にp型ベースコンタクト領域219が形成される。ここで、p型ソース/ドレイン領域209及びp型ベースコンタクト領域219のそれぞれの厚さは例えば0.2μm程度である。Next, as a seventh step, as shown in FIGS. 17A and 17B, both sides of the n-
以上に述べた工程によって、図9及び図10(a)、(b)に示す本実施形態のJFETと共に、p型半導体基板201上に形成されたn型埋め込み領域212、p型ベース領域216、n型コレクタ領域217、n型エミッタ領域218、n型コレクタコンタクト領域228及びp型ベースコンタクト領域219からなるNPNバイポーラトランジスタが形成される。
Through the steps described above, the N-type buried
このように、本実施形態の製造方法によると、本実施形態のJFETにおけるp型チャンネル領域206のチャンネル幅方向の両側に位置する高不純物濃度のn型半導体領域207を、NPNバイポーラトランジスタのn型コレクタ領域216と同時に形成できると共に、本実施形態のJFETにおけるp型チャンネル領域206の下側に位置するn型埋め込み領域202を、NPNバイポーラトランジスタの埋め込み領域212と同時に形成できるため、新たな追加工程なく、本実施形態のJFETとバイポーラトランジスタとが同一基板上に設けられた半導体装置を得ることができる。
As described above, according to the manufacturing method of the present embodiment, the high impurity concentration n-
尚、本実施形態の製造方法においては、シリコン層のエピタキシャル成長を用いて、JFETのn型埋め込み領域202及びNPNバイポーラトランジスタのn型埋め込み領域212を形成したが、これに代えて、選択的なイオン注入を用いて、JFETのn型埋め込み領域202及びNPNバイポーラトランジスタのn型埋め込み領域212を形成してもよい。
In the manufacturing method of the present embodiment, the n-type buried
また、本実施形態の製造方法においては、JFETのチャンネル領域及びソース/ドレイン領域並びにバイポーラトランジスタのベース領域及びベースコンタクト領域の導電型をp型とし、JFETのゲート領域やチャンネル領域下側及び側方の半導体領域並びにバイポーラトランジスタのコレクタ領域、エミッタ領域及びコレクタコンタクト領域の導電型をn型としたが、これに代えて、JFETのチャンネル領域及びソース/ドレイン領域並びにバイポーラトランジスタのベース領域及びベースコンタクト領域の導電型をn型とし、JFETのゲート領域やチャンネル領域下側及び側方の半導体領域並びにバイポーラトランジスタのコレクタ領域、エミッタ領域及びコレクタコンタクト領域の導電型をp型としても、本実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、NPNバイポーラトランジスタに代えてPNPバイポーラトランジスタをJFETと共に設けてもよい。 In the manufacturing method of the present embodiment, the conductivity type of the channel region and source / drain region of the JFET and the base region and base contact region of the bipolar transistor are p-type, and the lower side and side of the gate region and channel region of the JFET. The conductivity type of the semiconductor region and the collector region, emitter region, and collector contact region of the bipolar transistor are n-type. Instead, the channel region and source / drain region of the JFET, and the base region and base contact region of the bipolar transistor As in the present embodiment, the conductivity type of n is the n type, and the conductivity type of the gate region of the JFET, the semiconductor region below and on the side of the channel region, and the collector region, emitter region, and collector contact region of the bipolar transistor is p type. of Results can be obtained. That is, a PNP bipolar transistor may be provided together with the JFET instead of the NPN bipolar transistor.
また、本実施形態の製造方法において、イオン注入する際の表面保護膜の有無、マスク材料の膜種及び膜厚、並びに層間絶縁膜の膜種及び膜厚等の詳細条件が特に限定されないことは言うまでもない。 Further, in the manufacturing method of the present embodiment, there are no particular limitations on the detailed conditions such as the presence / absence of a surface protective film during ion implantation, the film type and film thickness of the mask material, and the film type and film thickness of the interlayer insulating film. Needless to say.
以上に説明したように、本発明は、高精度のピンチオフ電圧制御及びピンチオフ電圧の低電圧化を可能とするJFETを実現できるという効果を奏し、低ノイズ半導体装置及びその製造方法等において有用である。 As described above, the present invention has the effect of realizing a JFET that enables high-precision pinch-off voltage control and low pinch-off voltage, and is useful in low-noise semiconductor devices and manufacturing methods thereof. .
101 p型半導体基板
102 絶縁膜
103 分離領域
104 第1のn型半導体領域
105 p型チャンネル領域
106 第2のn型半導体領域
107 n型ゲート領域
108 p型ソース/ドレイン領域
114 n型半導体領域
115 p型ベース領域
116 n型コレクタ領域
117 n型エミッタ領域
118 p型ベースコンタクト領域
127 n型コレクタコンタクト領域
201 p型半導体基板
202 n型埋め込み領域
203 n型エピタキシャル層
204 絶縁膜
205 分離領域
206 p型チャンネル領域
207 n型半導体領域
208 n型ゲート領域
209 p型ソース/ドレイン領域
212 n型埋め込み領域
213 n型エピタキシャル層
216 p型ベース領域
217 n型コレクタ領域
218 n型エミッタ領域
219 p型ベースコンタクト領域
228 n型コレクタコンタクト領域101 p-
Claims (17)
前記半導体基板における前記チャンネル領域の下側に設けられた第2導電型の第1半導体領域と、
前記チャンネル領域の表面部に設けられた第2導電型のゲート領域と、
前記チャンネル領域の表面部における前記ゲート領域のチャンネル長方向の両側に設けられた第1導電型のソース/ドレイン領域とを備え、
前記半導体基板における前記チャンネル領域のチャンネル幅方向の両側に、前記第1半導体領域よりも高い不純物濃度を有する第2導電型の第2半導体領域がさらに設けられ、
前記第2半導体領域は前記第1半導体領域よりも浅く形成され、
前記第2半導体領域は、前記ゲート領域のチャネル長方向について、前記ソース/ドレイン領域及びその間の領域内にのみ形成されていることを特徴とする半導体装置。 A channel region of a first conductivity type provided on the surface portion of the semiconductor substrate;
A first semiconductor region of a second conductivity type provided below the channel region in the semiconductor substrate;
A gate region of a second conductivity type provided on the surface of the channel region;
A source / drain region of a first conductivity type provided on both sides of the channel region in the channel length direction on the surface portion of the channel region;
A second conductivity type second semiconductor region having an impurity concentration higher than that of the first semiconductor region is further provided on both sides of the channel region in the channel width direction of the semiconductor substrate;
The second semiconductor region is formed shallower than the first semiconductor region ;
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second semiconductor region is formed only in the source / drain region and a region between them in the channel length direction of the gate region .
前記第2半導体領域は前記チャンネル領域よりも深く形成されていることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device, wherein the second semiconductor region is formed deeper than the channel region.
前記ゲート領域と前記ソース/ドレイン領域とは離間していることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1 or 2,
The semiconductor device, wherein the gate region and the source / drain region are separated from each other.
前記第2半導体領域と前記ソース/ドレイン領域とは離間していることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3,
The semiconductor device, wherein the second semiconductor region and the source / drain region are separated from each other.
前記ゲート領域の前記チャンネル幅方向の寸法と比べて、前記ソース/ドレイン領域の前記チャンネル幅方向の寸法は大きいことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 4,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a dimension of the source / drain region in the channel width direction is larger than a dimension of the gate region in the channel width direction.
前記第1半導体領域の不純物濃度と比べて、前記ゲート領域の不純物濃度は高いことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 5,
The semiconductor device, wherein an impurity concentration of the gate region is higher than an impurity concentration of the first semiconductor region.
前記ゲート領域の不純物濃度のピーク値と、前記第2半導体領域の不純物濃度のピーク値とは実質的に同じであることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 6.
The semiconductor device characterized in that the peak value of the impurity concentration of the gate region and the peak value of the impurity concentration of the second semiconductor region are substantially the same.
前記半導体基板上に設けられたバイポーラトランジスタをさらに備えていることを特徴とする半導体装置。 In the semiconductor device according to claim 1,
A semiconductor device further comprising a bipolar transistor provided on the semiconductor substrate.
前記チャンネル領域の表面部に設けられた第2導電型のゲート領域と、
前記チャンネル領域の表面部における前記ゲート領域のチャンネル長方向の両側に設けられた第1導電型のソース/ドレイン領域とを備え、
前記半導体基板における前記チャンネル領域のチャンネル幅方向の両側に、前記チャンネル領域よりも高い不純物濃度を有する第2導電型の半導体領域が設けられていると共に、前記半導体基板における前記チャンネル領域の下側に、前記チャンネル領域よりも高い不純物濃度を有する第2導電型の埋め込み領域が設けられ、
前記半導体領域は、前記ゲート領域のチャネル長方向について、前記ソース/ドレイン領域及びその間の領域内にのみ形成されていることを特徴とする半導体装置。 A channel region of a first conductivity type provided on the surface portion of the semiconductor substrate;
A gate region of a second conductivity type provided on the surface of the channel region;
A source / drain region of a first conductivity type provided on both sides of the channel region in the channel length direction on the surface portion of the channel region;
A second conductivity type semiconductor region having a higher impurity concentration than the channel region is provided on both sides of the channel region in the semiconductor substrate in the channel width direction, and below the channel region in the semiconductor substrate. A buried region of a second conductivity type having a higher impurity concentration than the channel region is provided ;
The semiconductor device is characterized in that the semiconductor region is formed only in the source / drain region and the region between them in the channel length direction of the gate region .
前記半導体領域は前記チャンネル領域よりも深く形成されていることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 9.
The semiconductor device is characterized in that the semiconductor region is formed deeper than the channel region.
前記半導体領域は前記埋め込み領域よりも浅く形成されていることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 10.
The semiconductor device is characterized in that the semiconductor region is formed shallower than the buried region.
前記ゲート領域と前記ソース/ドレイン領域とは離間していることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 9 to 11,
The semiconductor device, wherein the gate region and the source / drain region are separated from each other.
前記半導体領域と前記ソース/ドレイン領域とは離間していることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 9 to 12,
The semiconductor device, wherein the semiconductor region and the source / drain region are separated from each other.
前記ゲート領域の前記チャンネル幅方向の寸法と比べて、前記ソース/ドレイン領域の前記チャンネル幅方向の寸法は大きいことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 9 to 13,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a dimension of the source / drain region in the channel width direction is larger than a dimension of the gate region in the channel width direction.
前記チャンネル領域の不純物濃度と比べて、前記ゲート領域の不純物濃度は高いことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 9 to 14,
The semiconductor device, wherein an impurity concentration of the gate region is higher than an impurity concentration of the channel region.
前記ゲート領域の不純物濃度のピーク値と、前記半導体領域の不純物濃度のピーク値とは実質的に同じであることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 15,
The semiconductor device characterized in that the peak value of the impurity concentration of the gate region and the peak value of the impurity concentration of the semiconductor region are substantially the same.
前記半導体基板上に設けられたバイポーラトランジスタをさらに備えていることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 9 to 16,
A semiconductor device further comprising a bipolar transistor provided on the semiconductor substrate.
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